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前回までで、センサーから信号をとりだし、Arduinoで複数チャンネルのAD変換してイベントをとらえる事前検討が完了しました。ここでは、長期ロギングに向けて最終的な調整をしてきます。チャンネルごとにセンサーの設置状況も違うので、センサーごとに異なる閾値を設定したほうが良いと推測されます。
　

閾値検討用元データの取得用 Arduinoスケッチ

const int NUM_CHANS = 4;
const int MAX_HIST_INDEX = 200;
unsigned int histogram[MAX_HIST_INDEX + 1][NUM_CHANS];

// タイムアウト設定 (2時間 = 7,200,000ms)
const unsigned long TIMEOUT_MS = 7200000; 
unsigned long startTime;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  ADCSRA &= ~(bit(ADPS2) | bit(ADPS1) | bit(ADPS0));
  ADCSRA |= bit(ADPS2);

  for (int i = 0; i <= MAX_HIST_INDEX; i++) {
    for (int j = 0; j < NUM_CHANS; j++) histogram[i][j] = 0;
  }

  Serial.println(F("Long-term Noise Analysis Started..."));
  Serial.println(F("Target: 20,000 non-zero samples OR 2 hours."));
  startTime = millis();
}

void loop() {
  bool limitReached = false;
  unsigned long nonZeroCount = 0; // 0以外の総サンプル数

  while (!limitReached) {
    // タイムアウトチェック
    if (millis() - startTime >= TIMEOUT_MS) {
      Serial.println(F("Time limit reached (2 hours)."));
      limitReached = true;
      break;
    }

    for (int ch = 0; ch < NUM_CHANS; ch++) {
      int rawVal = analogRead(A0 + ch) >> 2;

      // 0以外の場合のみカウント
      if (rawVal > 0) {
        int index = (rawVal > MAX_HIST_INDEX) ? MAX_HIST_INDEX : rawVal;
        histogram[index][ch]++;
        nonZeroCount++;

        // 0以外のサンプルが合計20,000に達したら終了
        if (nonZeroCount >= 20000) {
          Serial.println(F("Non-zero sample limit reached."));
          limitReached = true;
          break;
        }
      }
    }
  }

  // 結果の出力
  Serial.println(F("Value,CH0,CH1,CH2,CH3"));
  for (int i = 1; i <= MAX_HIST_INDEX; i++) { // 0は除外して出力
    Serial.print(i);
    if (i == MAX_HIST_INDEX) Serial.print("+");
    for (int ch = 0; ch < NUM_CHANS; ch++) {
      Serial.print(",");
      Serial.print(histogram[i][ch]);
    }
    Serial.println();
  }

  Serial.print(F("Total Non-Zero Samples: ")); Serial.println(nonZeroCount);
  Serial.print(F("Elapsed Time (ms): ")); Serial.println(millis() - startTime);
  Serial.println(F("--- Analysis Finished ---"));
  while (1);
}

開発環境（室内）での事前検証結果

Long-term Noise Analysis Started...
Target: 20,000 non-zero samples OR 2 hours.
Time limit reached (2 hours).
Value,CH0,CH1,CH2,CH3
1,0,2,2,1
2,0,2,0,0
3,0,0,0,1
4,0,0,0,0
5,0,0,0,0
6,0,0,0,0
7,0,0,0,0
8,0,0,0,0
9,0,0,0,0
10,0,0,0,0
11,0,0,0,0
12,0,0,0,0
13,0,0,0,0


186,0,0,0,0
187,0,0,0,0
188,0,0,0,0
189,0,0,0,0
190,0,0,0,0
191,0,0,0,0
192,0,0,0,0
193,0,0,0,0
194,0,0,0,0
195,0,0,0,0
196,0,0,0,0
197,0,0,0,0
198,0,0,0,0
199,0,0,0,0
200+,0,0,0,0
Total Non-Zero Samples: 8
Elapsed Time (ms): 7200214
--- Analysis Finished ---

この結果から、２時間放置してもノイズ信号のMax値は3であり、少しだけ余裕を見て閾値を5に設定すればよさそうだと判断しました。　そして次はフィールドテストへシフトしました。

フィールドテストでの追加検討

　機器類を整理して、実環境に配置して、閾値を再検討してみました。2時間の放置検証して、事前検証と同じ結果を得ました。　チャンネル別に閾値を設定する想定でしたが、かなり管理低い閾値設定なので、すべてのチャンネルとも5に設定することにします。

　これで、長期ロギングに向けた最終検討に移行できそうです。
次回は、最終検証、本番運用に移行していきます。

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前回までで、センサーからの信号をArduinoでAD変換して簡易オシロで観測するところの事前検討が完了しました。最終的なシステム構成の確定に向けた検証をしていきます。
　ここでは、前回課題として見つけたチャンネル間クロストークの影響の見極めと使用チャンネル数の確定をします。2ch分の取り出した(AE)信号をAD変換して読み込む実験を行い、妥当な情報をロギングできそうかを検証していきます。
　前回の確認で4チャンネルでもそれなりの波形確認できそうなので、2回路分の実装と2回路分のダミー実装（半固定抵抗を通してGND接続）の合計4回路分を用意しました。

作成済みの２回路分を接続しました。

これに2ch分のAE（ピエゾ素子）をつないで、信号を検証しました。Arduinoスケッチは前回のものと同じです。

2chのAEセンサーを横並びに机に押し当てて、その左側、右側の机をペンで叩いて衝撃を計測してみました。

　A0チャンネルとA1チャンネルの信号の大きさが交互に変わっていることがわかります。また、 A2、A3チャンネルは 0のままで、影響を受けていないことが分かります。現状のチャンネル切り替えスピードで影響を受けずに計測できそうです。

4チャンネルでも行けそうなので、回路構成は4chで確定して進めることにしました。
つぎは、最終的な本番構成にして、動作確認して問題なければフィールドテストでスライスレベルの調整などを検討しましょう。

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前回までで、センサーから信号をとりだすアナログ部分と、AD変換を行うArduinoの事前検討が完了しました。ここでは、取り出した(AE)信号をAD変換して読み込む実験を行い、妥当な情報をロギングできそうかを検証していきます。
　ここで、前出の記事（ AD変換部 事前検証編 ）で、検討したリセット問題に関連して新たな課題を理解しました。avrdudeで、Flash readデータの吸出しを行う予定にしていましたが、avrdudeを実行するとリセットが発生することが分かりました。このため、avrdudeを利用するなら電解コンデンサーを追加してリセット発生を抑制する方法は使えないことが分かりました。リセットを発生させない運用ならロギング実装の中にデータを吸い出す実装が必要ということになります。どちらを選択するかが課題として残ります。その選択は信号検出実験の後に再検討することにしましょう。

やりかたは、まずは１ch、 そして最終ゴールを見据えて4ch分のデータ取得をやってみましょう。データは、とりあえずRAM上（変数）に保持して、データ転送し、シリアルプロッタで、プロットしてみます。 シリアルプロッタでの結果が、オシロスコープで見た波形と一致するかを見てみましょう。そして、データ取得の閾値や周期などを検討してみようという方針です。

AE信号出力の分圧回路の製作（手持ち部品から選抜）

前段のアンプは9V電源で、Max9Vの出力があります。Arduino Uni V3の耐圧というかアナログ信号入力の制限は0~5Vです。改めてオシロでアンプの出力をDCで確認すると、だいたい0~9Vの範囲で、振れていて、4.5Vあたりが中心電圧です。
オシロ　検出信号波形

時間もないので、手持ち部品から選抜して、できるだけ適した回路を作成してみます。
10kΩの半固定抵抗が4個あったので、これを使います。本番を想定して4回路分取る前提で、とりあえず１回路分を作成しました。

回路写真

これを使って、仮配線してみます。これで、システム全体の仮組み（仮SI）ができました。実験用のコードを動かして確認しましょう。プログラムは変数として使える2KBの範囲内で収まるようしました。要約すると、入力波形をAD変換しながら取得・蓄積して、閾値を超えたらPCに蓄積した波形をなげるというものです。

ロギングの検証

簡易オシロ　Arduinoスケッチ（OSCsimulator.ino）

// --- 設定項目 ---
const int NUM_CHANS = 4;
const int BUFFER_SIZE = 1500;   // バッファサイズ (1.5KB)
const int TRIGGER_CH = 0;       // A0をトリガーに設定
const int THRESHOLD = 30;      // 閾値 (8bit: 0-255) ※約2.5V
//const int PRE_TRIGGER_SAMPLES = 200; // トリガー前に何セット分表示するか
const int DISPLAY_POINTS = 50;             // 画面に表示したい総行数
const int PRE_TRIGGER_SAMPLES = 5;        // そのうちの20%（過去分）
const int POST_TRIGGER_SAMPLES = 50;       // 残りの80%（未来分）

byte buffer[BUFFER_SIZE];
int head = 0; // 書き込み位置

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  // ADCの高速化 (Prescaler 16 = 約1MHzのADCクロック)
  // 分割比を16に設定することで、4chでも実用的な速度を確保します。
  ADCSRA &= ~(bit(ADPS2) | bit(ADPS1) | bit(ADPS0));
  ADCSRA |= bit(ADPS2);

  Serial.println("System Ready. Waiting for trigger on A0...");
}

void loop() {
  // --- 1. 定常サンプリング ---
  int val = analogRead(A0 + (head % NUM_CHANS));
  buffer[head] = (byte)(val >> 2);

  // --- 2. トリガー判定 ---
  if ((head % NUM_CHANS) == TRIGGER_CH && buffer[head] > THRESHOLD) {
    captureAndSend(head);
    // 送信が終わったら head をリセットして、次のトリガーに備える
    head = 0; 
    // 少し待機（連続トリガーによるチャタリング防止）
    delay(500); 
  }

  head = (head + 1) % BUFFER_SIZE;
}

void captureAndSend(int tIndex) {
  // 1. 未来分をサンプリング
  for (int i = 0; i < (POST_TRIGGER_SAMPLES * NUM_CHANS); i++) {
    head = (head + 1) % BUFFER_SIZE;
    int v = analogRead(A0 + (head % NUM_CHANS));
    buffer[head] = (byte)(v >> 2);
  }

  // 2. 画面を一度リセットするために「空のデータ」を少し送る
  // これにより前の波形と新しい波形の間に隙間ができます
  for (int i = 0; i < 50; i++) {
    Serial.println("0,0,0,0");
  }

  // 3. 送信開始位置の計算
  int startOffset = (tIndex - (PRE_TRIGGER_SAMPLES * NUM_CHANS) + BUFFER_SIZE * 2) % BUFFER_SIZE;
  startOffset = (startOffset / NUM_CHANS) * NUM_CHANS;

  // 4. データ送信
  for (int i = 0; i < DISPLAY_POINTS; i++) {
    for (int ch = 0; ch < NUM_CHANS; ch++) {
      int idx = (startOffset + (i * NUM_CHANS) + ch) % BUFFER_SIZE;
      Serial.print(buffer[idx]);
      if (ch < NUM_CHANS - 1) Serial.print(",");
    }
    Serial.println();
    // ここでdelayを入れると、波形が描画される「スピード」を調整できます
    delayMicroseconds(500); 
  }
}

この仮の簡易オシロ スケッチで取得したシリアルプロットでの波形の観測動画です。　

　とりあえずこれで、Arduinoで波形を観測できそうなことを確認できました。A0チャンネルの1回路にだけ接続して他はフリー状態ですが、A0の影響を受けて波形を観測しており、他のチャンネルを接続したとき影響を受けないか確認が必要そうです。つぎは、ほぼ本番の接続状態で、複数チャンネルでの観測を試しましょう。

関連記事

前回までで、センサーから信号をとりだすアナログ部分の仮構築が完了しました。ここからは、取り出したAE信号をAD変換してロギングする部分を構築していきます。
前出（アナログ部製作編）の採用するシステム構成の方針により、ロギングシステムの中核につぎのパーツを採用しました。

AD変換＆ロギング部

[107385]Arduino Uno Rev3
https://akizukidenshi.com/catalog/g/g107385/

事前検討方針

　ドキュメントレベルの調査結果から、次の課題があることを確認しました。
・USBケーブル挿抜で再起動される（運用上、 通常ロギング時は単体で動作し、データ吸い上げ時だけUSB接続する運用にする必要がある）
・再起動でRAMはリセットされ、EEPROMはリセットされないが書き込み回数上限制限がある（カウンタ等の頻繁に更新される変数保存ができない）
・EEPROMの容量が小さい(長期間ロギングのため、できるだけ大きいデータ領域を確保したい)

これらの問題を、解決する必要があります。そこで２つめと３つめの課題は、次回検討するプログラミング実装レベルで解決することにしました。ここでは、USBケーブル挿抜に関わる挙動の確認と対策、そして再起動されていないかどうかについて確認する方法を検討することにしました。

Arduino IDE をインストールするPCのスペック確認

Arduino IDE に必要なスペックを確認しておく。Windows 10以降のPCならほぼ大丈夫。
問題なければ、インストール。
Arduino 公式ソフトウェアページ

動作確認

PCにArduinoを繋ぎ、デバイスマネージャーの「ポート（COMとLPT）」に「Arduino Uno」が表示されるか確認する。

USBを挿す前は Port のさきに COM3などが見えていましたが、 USBをさすとPortがグレーアウトされました。
Board: ”Arduino Uno” → Arduino AVR Boardsで Arduino Unoを選択しました。
→ これでは、まだ認識していないようです。
USBを一度抜挿して確認、これでもまだ認識していないようだが、 再度開きなおすと
下のキャプチャのようにCOM4（Arduino Uno）が表示される。

最初の動作確認

出荷時は、次のサンプルが動いているようです。
サンプルを開く:
「ファイル」→「スケッチ例」→「01.Basics」→ 「Blink」

delay(100);　　など、任意の時間に変更して、
再度、画面左上の 「→（書き込み）」ボタン を押すと、コードを書き込んで点滅間隔がかわる。

Arduino Unoの動作状況確認

Arduino Unoは基本1方向らしい、吸出しなどはavrdude コマンドらしい。

“C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\tools\avr\bin\avrdude.exe” -C “C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\tools\avr\etc\avrdude.conf” -v -p atmega328p -c arduino -P COM4 -b 115200 -U flash:r:backup.hex:i

ユーザーパスにインストールしていたので、avrdude.exeは次のパスにありました。
C:\Users\<ユーザー名>demo\AppData\Local\Arduino15\packages\arduino\tools\avrdude\6.3.0-arduino17\bin

パラメータを確認

> .\avrdude.exe -?
Usage: avrdude.exe [options]
Options:
  -p <partno>                Required. Specify AVR device.
  -b <baudrate>              Override RS-232 baud rate.
  -B <bitclock>              Specify JTAG/STK500v2 bit clock period (us).
  -C <config-file>           Specify location of configuration file.
  -c <programmer>            Specify programmer type.
  -D                         Disable auto erase for flash memory
  -i <delay>                 ISP Clock Delay [in microseconds]
  -P <port>                  Specify connection port.
  -F                         Override invalid signature check.
  -e                         Perform a chip erase.
  -O                         Perform RC oscillator calibration (see AVR053).
  -U <memtype>:r|w|v:<filename>[:format]
                             Memory operation specification.
                             Multiple -U options are allowed, each request
                             is performed in the order specified.
  -n                         Do not write anything to the device.
  -V                         Do not verify.
  -u                         Disable safemode, default when running from a script.
  -s                         Silent safemode operation, will not ask you if
                             fuses should be changed back.
  -t                         Enter terminal mode.
  -E <exitspec>[,<exitspec>] List programmer exit specifications.
  -x <extended_param>        Pass <extended_param> to programmer.
  -y                         Count # erase cycles in EEPROM.
  -Y <number>                Initialize erase cycle # in EEPROM.
  -v                         Verbose output. -v -v for more.
  -q                         Quell progress output. -q -q for less.
  -l logfile                 Use logfile rather than stderr for diagnostics.
  -?                         Display this usage.

avrdude version 6.3-20190619, URL: <http://savannah.nongnu.org/projects/avrdude/>

■flash（プログラム領域）の吸い上げ の試行
※参考にする場合はパス（特に赤字）を環境に合わせてください。

.\avrdude.exe "-CC:\Users\＜ユーザ名＞\AppData\Local\Arduino15\packages\arduino\tools\avrdude\6.3.0-arduino17/etc/avrdude.conf" -v -p atmega328p -c arduino "-PCOM4" -b115200 -U flash:r:backup.hex:i

avrdude.exe: Version 6.3-20190619
             Copyright (c) 2000-2005 Brian Dean, http://www.bdmicro.com/
             Copyright (c) 2007-2014 Joerg Wunsch

             System wide configuration file is "C:\Users\＜ユーザ名＞\AppData\Local\Arduino15\packages\arduino\tools\avrdude\6.3.0-arduino17/etc/avrdude.conf"

             Using Port                    : COM4
             Using Programmer              : arduino
             Overriding Baud Rate          : 115200
             AVR Part                      : ATmega328P
             Chip Erase delay              : 9000 us
             PAGEL                         : PD7
             BS2                           : PC2
             RESET disposition             : dedicated
             RETRY pulse                   : SCK
             serial program mode           : yes
             parallel program mode         : yes
             Timeout                       : 200
             StabDelay                     : 100
             CmdexeDelay                   : 25
             SyncLoops                     : 32
             ByteDelay                     : 0
             PollIndex                     : 3
             PollValue                     : 0x53
             Memory Detail                 :

                                      Block Poll               Page                       Polled
               Memory Type Mode Delay Size  Indx Paged  Size   Size #Pages MinW  MaxW   ReadBack
               ----------- ---- ----- ----- ---- ------ ------ ---- ------ ----- ----- ---------
               eeprom        65    20     4    0 no       1024    4      0  3600  3600 0xff 0xff
               flash         65     6   128    0 yes     32768  128    256  4500  4500 0xff 0xff
               lfuse          0     0     0    0 no          1    0      0  4500  4500 0x00 0x00
               hfuse          0     0     0    0 no          1    0      0  4500  4500 0x00 0x00
               efuse          0     0     0    0 no          1    0      0  4500  4500 0x00 0x00
               lock           0     0     0    0 no          1    0      0  4500  4500 0x00 0x00
               calibration    0     0     0    0 no          1    0      0     0     0 0x00 0x00
               signature      0     0     0    0 no          3    0      0     0     0 0x00 0x00

             Programmer Type : Arduino
             Description     : Arduino
             Hardware Version: 3
             Firmware Version: 4.4
             Vtarget         : 0.3 V
             Varef           : 0.3 V
             Oscillator      : 28.800 kHz
             SCK period      : 3.3 us

avrdude.exe: AVR device initialized and ready to accept instructions

Reading | ################################################## | 100% 0.02s

avrdude.exe: Device signature = 0x1e950f (probably m328p)
avrdude.exe: safemode: lfuse reads as 0
avrdude.exe: safemode: hfuse reads as 0
avrdude.exe: safemode: efuse reads as 0
avrdude.exe: reading flash memory:

Reading | ################################################## | 100% 5.22s

avrdude.exe: writing output file "backup.hex"

avrdude.exe: safemode: lfuse reads as 0
avrdude.exe: safemode: hfuse reads as 0
avrdude.exe: safemode: efuse reads as 0
avrdude.exe: safemode: Fuses OK (E:00, H:00, L:00)

avrdude.exe done.  Thank you.

上の実行の結果、ファイルが実行パスに出力されていることを確認しました。
面白くなってきました。
このファイルのサイズは78KBで、テキストエディターでも見える形式です。
行頭に”：”があり4byte分アドレス相当の情報、実データ、最後に1byteチェックサムがついているようですね。

つぎにEEPROMの中身を読みだしてみます。

> .\avrdude.exe "-CC:\Users\＜ユーザ名＞\AppData\Local\Arduino15\packages\arduino\tools\avrdude\6.3.0-arduino17/etc/avrdude.conf" -v -p atmega328p -c arduino "-PCOM4" -b115200 -U eeprom:r:eeprom.hex:i

avrdude.exe: Version 6.3-20190619
             Copyright (c) 2000-2005 Brian Dean, http://www.bdmicro.com/
             Copyright (c) 2007-2014 Joerg Wunsch

             System wide configuration file is "C:\Users\＜ユーザ名＞\AppData\Local\Arduino15\packages\arduino\tools\avrdude\6.3.0-arduino17/etc/avrdude.conf"

             Using Port                    : COM4
             Using Programmer              : arduino
             Overriding Baud Rate          : 115200
             AVR Part                      : ATmega328P
             Chip Erase delay              : 9000 us
             PAGEL                         : PD7
             BS2                           : PC2
             RESET disposition             : dedicated
             RETRY pulse                   : SCK
             serial program mode           : yes
             parallel program mode         : yes
             Timeout                       : 200
             StabDelay                     : 100
             CmdexeDelay                   : 25
             SyncLoops                     : 32
             ByteDelay                     : 0
             PollIndex                     : 3
             PollValue                     : 0x53
             Memory Detail                 :

                                      Block Poll               Page                       Polled
               Memory Type Mode Delay Size  Indx Paged  Size   Size #Pages MinW  MaxW   ReadBack
               ----------- ---- ----- ----- ---- ------ ------ ---- ------ ----- ----- ---------
               eeprom        65    20     4    0 no       1024    4      0  3600  3600 0xff 0xff
               flash         65     6   128    0 yes     32768  128    256  4500  4500 0xff 0xff
               lfuse          0     0     0    0 no          1    0      0  4500  4500 0x00 0x00
               hfuse          0     0     0    0 no          1    0      0  4500  4500 0x00 0x00
               efuse          0     0     0    0 no          1    0      0  4500  4500 0x00 0x00
               lock           0     0     0    0 no          1    0      0  4500  4500 0x00 0x00
               calibration    0     0     0    0 no          1    0      0     0     0 0x00 0x00
               signature      0     0     0    0 no          3    0      0     0     0 0x00 0x00

             Programmer Type : Arduino
             Description     : Arduino
             Hardware Version: 3
             Firmware Version: 4.4
             Vtarget         : 0.3 V
             Varef           : 0.3 V
             Oscillator      : 28.800 kHz
             SCK period      : 3.3 us

avrdude.exe: AVR device initialized and ready to accept instructions

Reading | ################################################## | 100% 0.02s

avrdude.exe: Device signature = 0x1e950f (probably m328p)
avrdude.exe: safemode: lfuse reads as 0
avrdude.exe: safemode: hfuse reads as 0
avrdude.exe: safemode: efuse reads as 0
avrdude.exe: reading eeprom memory:

Reading | ################################################## | 100% 3.11s

avrdude.exe: writing output file "eeprom.hex"

avrdude.exe: safemode: lfuse reads as 0
avrdude.exe: safemode: hfuse reads as 0
avrdude.exe: safemode: efuse reads as 0
avrdude.exe: safemode: Fuses OK (E:00, H:00, L:00)

avrdude.exe done.  Thank you.

eepromのデータを読み出せました。ファイルサイズは3kbです。ですが、中身はFlashメモリの冒頭部分と同じようでした。 確認のため、 eeprom_clearというサンプルをアップロードして確認してみます。→結果、再度読み込んだファイルの中身は、変わりませんでした。 上のEEPROMの読み出しは機能していないようです。失敗しているよう。

サンプルに、eeprom_clearや eeprom_readがあるのでこれを使ってみます。eeprom_readをアップロードして確認してみます。右上のシリアルモニタとシリアルプロッタを使って、確認すると。EEPROMの1kb分が0で帰ってきました。

基本的な動きが確認できたので、ここでの検証課題のUSB挿抜でのリセット発生状況の確認と回避確認です。
と、ここで、想定外の情報、「Arduino IDE（PC側）のシリアルモニタを開く操作をすると、Arduinoボード本体に自動的にリセットがかかる」らしい、USB挿抜以外にもチェックするべき観点が増えた。
要約すると、おもに電源に関連する不安定要素によるものと、 通信制御によるリセットの2つで、通信制御によるものはUSB挿抜と、DTR/RTS信号によるオートリセットということらしい。電源に関してはACアダプターでの安定供給と、シールド対策をするとして、USB挿抜とDTR/RTS信号によるリセットされることについては「 RESET-GND間に10μFのコンデンサを挟む」対策をする。

　さて、要因は１つ増えたが、対策は増えていないので、方針は変えずに先に進めよう。
　さらに追加情報をみつけた、「リセット理由の切り分けは MCUSR (MCU Status Register) レジスタ」でできるらしい。

MCUSRレジスタのビットマップ解説
このレジスタの 下位4ビット がリセット要因を示します。
ビット番号	ビット名	名称	内容
Bit 3	WDRF	ウォッチドッグ・リセット	ウォッチドッグタイマーのタイムアウトによるリセット
Bit 2	BORF	ブラウンアウト・リセット	電源電圧が規定値を下回ったことによるリセット（電源不安定が原因）
Bit 1	EXTRF	外部リセット	RESETピンを「LOW」にしたことによるリセット（DTR信号/物理ボタンが原因）
Bit 0	PORF	パワーオン・リセット	電源が完全にOFFの状態からONになった時のリセット

本番向け実装も考慮して、MCUSRレジスタも含めてデータ構造設計をします。方針は、あらかじめデータ保存領域を00クリアしておきます。データ登録はブロック単位でおこない、更新は追記のみで上書きはしないものとします。
データブロック構造を次のように定義する。
00 00 00 00 00
最初の1byteを、種別フラグとする。
意味を次のようにする。
00： 未使用
01： リセットデータ
2byte目：MCUSRレジスタ
02： 同期データ
2byte目：クロックタイマー
6？byte目：時刻データ
03： 未定義
1ｘ： チャンネルデータ
　　2byte目：クロックタイマー
6？byte目：AD変換データ

とりあえず、LED点滅回数でリセット回数が分かるようにしましょう

時刻データは、PCから受信を想定しています。
EEPROMの容量と1ブロックのサイズは、クロックタイマー＋時刻データと クロックタイマー＋AD変換データのうちの大きいほうを採用して決めます

LED点滅による通知仕様
リセット回数が5回なら 0.2秒間隔で5回点滅した後、2秒消えた後、5回点滅という繰り返しにします。

できるだけ長期間のロギングをしたいために、無駄なデータ領域を消費しないようにする。
なお、リセット回数は、 EEPROMにどこまで書き込まれたかとリセット回数をカウントアップして保持して、データ追加と点滅回数に使用します
1ブロック 8バイト固定の決定案

Unix Timeは4バイト（32bit）すべてを格納。

1.　EEPROM走査関数: 起動時に先頭から8バイトずつ読み、01の数を数えつつ、最初の00を見つける。

2.　リセット記録: setup()の最初で01レコード（MCUSR付き）を追記。

3.　LED点滅関数: loop()内でmillis()を監視し、カウントされた回数分だけ点滅（delayを使わない）。

4.　PC同期受信: シリアルで 0x02 を受信したら、続く4バイトをUnix Timeとして処理。

※補足：3ヶ月ロギングで1KBのEEPROM（128回分）が溢れるのが心配な場合は、追記時に「これ以上書かない」というガードも入れる。

1.書き込み位置特定: 8バイトすべてが 0x00（完全な未使用領域）であることを条件に、追記位置を決定します。

2.時刻同期（02）: PCから [0x02][UnixTime 4B][CheckSum 1B] の計6バイトを受信する仕様とします。チェックサムはUnixTime 4バイトの加算下位1バイトとします。

3.データ構造の遵守:
　1.  01（Reset）: [01][MCUSR][00 00 00 00 00 00] (計8バイト)
  2.  02（Sync）: [02][UnixTime 4B][millis 3B(上位)] 
※02にのみ、PC時刻とArduino内時計を紐付けるための基準点としてmillisを保持します。

ここまで作業が進んだところで、EEPROMの読み込み問題に気が付いたので先に書いた対策を実施しました。詳しくはこちらを参照してください→「Arduino Uno 事前検証過程（その3の1）でのEEPROM読み出し問題の回避策」

本体実装 (Arduinoスケッチ ResetDetector.ino）

まず、リセットと同期の実装を入れた実験版です。

/*
*  Reset logging PreCode
*/

#include <EEPROM.h>
#include <avr/wdt.h>

// --- 定数定義 ---
const int BLOCK_SIZE = 8;
const int EEPROM_LIMIT = 1024;
const int LED_PIN = 13;

int totalResetCount = 0;
int nextAddr = 0;
byte lastMcusr = 0;

void setup() {
  lastMcusr = MCUSR;
  MCUSR = 0; // 次回のためにクリア

  Serial.begin(9600);
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);

  // 1. 書き込み位置の特定（全8バイトが0x00であることを確認）
  findNextAddrAndCount();

  // 2. リセット記録（設計案通り、millisを含まない構成）
  recordReset();
}

void loop() {
  updateLED();   // LED点滅処理（非ブロッキング）
  checkSerial(); // PCからの同期信号(02)待ち
}

// 課題1：書き込み位置特定（種別00かつ全データ00を判定）
void findNextAddrAndCount() {
  nextAddr = -1;
  totalResetCount = 0;

  for (int i = 0; i < EEPROM_LIMIT; i += BLOCK_SIZE) {
    bool allZero = true;
    byte type = EEPROM.read(i);

    if (type == 0x01) totalResetCount++;

    // 全8バイトが0x00かチェック
    for (int j = 0; j < BLOCK_SIZE; j++) {
      if (EEPROM.read(i + j) != 0x00) {
        allZero = false;
        break;
      }
    }

    if (allZero && nextAddr == -1) {
      nextAddr = i;
    }
  }
  if (nextAddr == -1) nextAddr = 0; // 満杯時は先頭（運用に合わせて要調整）
}

// 課題4：当初案通りのリセット記録（余計なmillisは排除）
void recordReset() {
  if (nextAddr + BLOCK_SIZE > EEPROM_LIMIT) return;

  EEPROM.update(nextAddr, 0x01);     // 種別フラグ
  EEPROM.update(nextAddr + 1, lastMcusr); // MCUSR（補助情報）
  for (int i = 2; i < BLOCK_SIZE; i++) {
    EEPROM.update(nextAddr + i, 0x00);    // 残りは00埋め
  }

  nextAddr += BLOCK_SIZE;
  // 点滅用にカウントを更新
  totalResetCount++; 
}

// 課題2：時刻同期（チェックサム付き）
void checkSerial() {
  if (Serial.available() >= 6) {
    if (Serial.read() == 0x02) {
      uint32_t unixTime = 0;
      byte checksum = 0;
      
      for (int i = 0; i < 4; i++) {
        byte b = Serial.read();
        unixTime |= ((uint32_t)b << (i * 8));
        checksum += b;
      }
      
      byte receivedSum = Serial.read();
      if (checksum == receivedSum) {
        saveSyncData(unixTime);
        Serial.println("OK: Sync Success");
      } else {
        Serial.println("Error: Checksum Mismatch");
      }
    }
  }
}

void saveSyncData(uint32_t ut) {
  if (nextAddr + BLOCK_SIZE > EEPROM_LIMIT) return;

  uint32_t currentMs = millis();
  
  EEPROM.update(nextAddr, 0x02); // 種別フラグ
  
  // UnixTime (4byte) を記録
  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    EEPROM.update(nextAddr + 1 + i, (ut >> (i * 8)) & 0xFF);
  }
  
  // millis() の上位3バイトを記録 (Byte 5, 6, 7)
  // 下位8bit(0-255ms)を切り捨てることで、0.25秒精度の同期を実現
  EEPROM.update(nextAddr + 5, (currentMs >> 8) & 0xFF);
  EEPROM.update(nextAddr + 6, (currentMs >> 16) & 0xFF);
  EEPROM.update(nextAddr + 7, (currentMs >> 24) & 0xFF);
  
  nextAddr += BLOCK_SIZE;
  Serial.println("OK: Sync Data Recorded (0.25s precision)");
}

void updateLED() {
  static unsigned long lastUpdate = 0;
  static int flashStep = 0;
  static int currentFlash = 0;
  static bool pausing = false;

  unsigned long now = millis();

  if (pausing) {
    if (now - lastUpdate >= 2000) {
      pausing = false;
      currentFlash = 0;
      lastUpdate = now;
    }
    return;
  }

  if (now - lastUpdate >= 200) {
    lastUpdate = now;
    if (currentFlash < totalResetCount) {
      digitalWrite(LED_PIN, !digitalRead(LED_PIN));
      flashStep++;
      if (flashStep >= 2) {
        flashStep = 0;
        currentFlash++;
      }
    } else {
      digitalWrite(LED_PIN, LOW);
      pausing = true;
    }
  }
}

同期実装（PowerShell sync.ps1）

同期処理を行うのに使用します。 ファイルを右クリックして、「PowerShellで実行」をくちっくして使用します

$ErrorActionPreference = "Stop"  # 全てのエラーを「中断（catchに飛ばす）」対象にする
# --- 設定項目 ---
$portName = "COM4"  # Arduinoが接続されているポートを確認して変更してください
$baudRate = 9600

try {
    # シリアルポートの初期化
    $port = New-Object System.IO.Ports.SerialPort($portName, $baudRate, "None", 8, "One")
    $port.Open()
    Start-Sleep -Seconds 2 # Arduinoのリセット待ち（DTRによるリセット対策）

    # 1. 現在のUnix Time（1970/1/1からの経過秒）を取得
    $unixTime = [DateTimeOffset]::Now.ToUnixTimeSeconds()
    
    # 2. 4バイトのバイナリ配列に変換 (リトルエンディアン)
    $utBytes = [BitConverter]::GetBytes([uint32]$unixTime)

    # 3. チェックサムの計算 (4バイトの加算下位1バイト)
    [byte]$checksum = 0
    foreach ($b in $utBytes) {
        $checksum = ($checksum + $b) -band 0xFF
    }

    # 4. 送信データの組み立て [0x02] + [Data 4B] + [Checksum 1B]
    [byte[]]$sendBuffer = @(0x02) + $utBytes + @($checksum)

    # 5. 送信
    $port.Write($sendBuffer, 0, $sendBuffer.Length)

    Write-Host ("送信成功: UnixTime = {0} (CheckSum: 0x{1:X2})" -f $unixTime, $checksum)
    Write-Host ("送信バイナリ: " + [System.BitConverter]::ToString($sendBuffer))

    # Arduinoからの応答（"OK: Sync Success"など）を確認
    Start-Sleep -Milliseconds 500
    if ($port.BytesToRead -gt 0) {
        $response = $port.ReadExisting()
        Write-Host "Arduino応答: $response"
    }

}
catch {
    Write-Error "エラーが発生しました: $_"
}
finally {
    if ($port -and $port.IsOpen) {
        $port.Close()
        Write-Host "ポートを閉じました。"
    }
}


# --- スクリプトの最後に追加 ---
Write-Host "`nEnterキーを押すと終了します..."
Read-Host

実験結果

同期処理の実行結果は次の通り

送信成功: UnixTime = 1767166738 (CheckSum: 0xA2)
送信バイナリ: 02-12-D3-54-69-A2
Arduino応答: OK: Sync Data Recorded (0.25s precision)
OK: Sync Success

ポートを閉じました。

Enterキーを押すと終了します...

リセットの発生状況の検証を実施しました。 USBの挿抜では、リセットは発生していないようです。
9V ACアダプタ電源のコンセント抜き差しでも、リセット発生していません。電源供給の9V ACアダプタとUSBの切り替えがうまくいっているようです。つまり、ここまでは、LEDの点滅が1回の状態が続いています。
　つぎに、USBと9V ACアダプタ電源のコンセント両方を抜きました。再度刺したところで、LEDは２回点滅に変わりました。これは、想定どおりです。ということで、USBの挿抜でのリセット発生は必ず起こるものではなさそうです。
このあと、一度同期をおこなって、追加で「DTR/RTS信号によるオートリセット」を強制的に行ってみます。

検証用コード （PowerShell： reset.ps1）

# --- 設定 ---
$portName = "COM4"
$baudRate = 115200

try {
    # 1. ポートの初期化
    $port = New-Object System.IO.Ports.SerialPort($portName, $baudRate, "None", 8, "One")

    # 2. ポートを開く (この時点で多くのボードは一度リセットされます)
    $port.Open()
    Write-Host "Port $portName Opened."

    # 3. DTR/RTSを操作して明示的にリセットをかける
    # 一旦両方をFalse(High電位)にしてからTrue(Low電位)にする
    Write-Host "Resetting Arduino..."
    $port.DtrEnable = $false
    $port.RtsEnable = $false
    Start-Sleep -Milliseconds 200 # 信号を安定させるための待ち時間

    $port.DtrEnable = $true
    $port.RtsEnable = $true
    
    Write-Host "Reset signal sent."

    # 4. ブートローダーが立ち上がるまで少し待つ
    Start-Sleep -Seconds 2
    Write-Host "Arduino should be restarted now."

}
catch {
    Write-Error "Error: $($_.Exception.Message)"
}
finally {
    if ($port -and $port.IsOpen) {
        $port.Close()
        Write-Host "Port Closed."
    }
}

Write-Host "Press Enter to exit..."
Read-Host

実行結果は次の通り。 このリセット後は、LEDの点滅は３回になりました。 設計通りの挙動です。　　このあと、もう一度同期して一旦実験完了です。　

Port COM4 Opened.
Resetting Arduino...
Reset signal sent.
Arduino should be restarted now.
Port Closed.
Press Enter to exit...

それでは、EEPROMにロギングした結果を吸い出して検証してみましょう。

:100000000100000000000000023AD25469D50F0040
:1000100001000000000000000212D35469CA000071
:10002000010000000000000002CCDD54697B0400E8
:1000300000000000000000000000000000000000C0
:1000400000000000000000000000000000000000B0
:1000500000000000000000000000000000000000A0
:100060000000000000000000000000000000000090
:100070000000000000000000000000000000000080
:100080000000000000000000000000000000000070
:100090000000000000000000000000000000000060
:1000A0000000000000000000000000000000000050
:1000B0000000000000000000000000000000000040
:1000C0000000000000000000000000000000000030
:1000D0000000000000000000000000000000000020
:1000E0000000000000000000000000000000000010
:1000F0000000000000000000000000000000000000
:1001000000000000000000000000000000000000EF
:1001100000000000000000000000000000000000DF
:1001200000000000000000000000000000000000CF
:1001300000000000000000000000000000000000BF
:1001400000000000000000000000000000000000AF
:10015000000000000000000000000000000000009F
:10016000000000000000000000000000000000008F
:10017000000000000000000000000000000000007F
:10018000000000000000000000000000000000006F
:10019000000000000000000000000000000000005F
:1001A000000000000000000000000000000000004F
:1001B000000000000000000000000000000000003F
:1001C000000000000000000000000000000000002F
:1001D000000000000000000000000000000000001F
:1001E000000000000000000000000000000000000F
:1001F00000000000000000000000000000000000FF
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:1002100000000000000000000000000000000000DE
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ほぼ想定の結果が得られました。比較的うまくいっているようです。これからわかることは、01 (reset)の次はすべて00で、MCUSRレジスタから得られた情報はなさそう。
同期情報もしっかり記録されており、同期も機能していそうです。
　事前検証はこれで、完了とします。つぎはいよいよ、AD変換でのデータ収集の実験に入っていきます。

参考サイト：

avrdude の使い方 (電子工作の実験室)
Arduinoのプログラムを吸い出す方法 (Lang-ship)

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